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當激光焊接出現結果不一致的情況時(shí)，測量裝置可在生產(chǎn)過(guò)程中不斷測量并報告工藝條件，進(jìn)而實(shí)現快速干預，甚至自動(dòng)修復。這種方法的優(yōu)勢包括可以提高產(chǎn)量，減少對后續質(zhì)量檢驗環(huán)節的依賴(lài)(及隨之產(chǎn)生的費用和滯后性)，提高對成品的信心。
“1-6月儀器儀表制造業(yè)實(shí)現利潤總額306.3億元”由中國機電產(chǎn)品交易網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)機交網(wǎng)）小編整理發(fā)布。如需要轉載，請注明文章來(lái)源，更多關(guān)于機電行業(yè)資訊，請點(diǎn)擊關(guān)注：中國機電產(chǎn)品交易網(wǎng) 機電信息
光纖激光器已成為很多先進(jìn)的、工業(yè)批量化焊接應用的首選工具，它即可服務(wù)于許多成熟行業(yè)，又能適應快速增長(cháng)的新興市場(chǎng)。在蓬勃發(fā)展的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)中，光纖激光器高速、精確且高一致性的焊接能力，是提升商業(yè)電動(dòng)汽車(chē)可達性和整體性能的驅動(dòng)因素。在其他更為成熟的產(chǎn)業(yè)中，使用光纖激光的優(yōu)點(diǎn)眾所周知。而現代工業(yè)激光技術(shù)的多項優(yōu)勢，如不斷提高的產(chǎn)量、更好的設計靈活性以及超高的能效利用率正不斷推動(dòng)這項技術(shù)在金屬連接工藝方面的發(fā)展。
對于已經(jīng)充分利用激光焊接優(yōu)勢，具有前瞻性的制造商而言，下一步的問(wèn)題是如何進(jìn)一步提高產(chǎn)量，在競爭中保持領(lǐng)先。智能制造工業(yè)流程的優(yōu)化需要高質(zhì)量完成在線(xiàn)數據收集工作。為實(shí)現決策的自動(dòng)化和去中心化，作為激光焊接工藝的“眼睛和耳朵”，這一技術(shù)的需求正不斷增加。
在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)呈爆炸性增長(cháng)的背景下，這一需求尤為明顯。傳統電動(dòng)汽車(chē)焊接工藝涉及多項挑戰：有色金屬合金、混合材料以及每個(gè)接頭嚴格的機械和電氣性能要求。此外，由于每個(gè)成品組件需要大量單個(gè)焊縫，因此僅可容許留出很小的誤差余量。嚴格的焊接要求，以及破壞性測試時(shí)，拆卸電氣組件需要耗費的巨大成本和難度，如果制造商在第一次嘗試時(shí)就可以生產(chǎn)高質(zhì)量的合格產(chǎn)品，將優(yōu)勢顯著(zhù)。
智能制造不同于傳統開(kāi)發(fā)和部署流程的開(kāi)環(huán)特性，即通過(guò)設計可靠的流程，認真控制生產(chǎn)線(xiàn)上的所有輸入參數，來(lái)達到盡可能接近正確的操作條件，智能制造依靠實(shí)時(shí)收集和共享信息的技術(shù)，該項技術(shù)可持續提供每個(gè)子系統的狀態(tài)反饋，最終提高傳輸效率。
當激光焊接出現結果不一致的情況時(shí)，測量裝置可在生產(chǎn)過(guò)程中不斷測量并報告工藝條件，進(jìn)而實(shí)現快速干預，甚至自動(dòng)修復。這種方法的優(yōu)勢包括可以提高產(chǎn)量，減少對后續質(zhì)量檢驗環(huán)節的依賴(lài)(及隨之產(chǎn)生的費用和滯后性)，提高對成品的信心。
生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監測
雖然激光焊接技術(shù)已迅速被工業(yè)領(lǐng)域所接受，但能實(shí)現在線(xiàn)決策的智能傳感技術(shù)仍然落后。多年來(lái)，市場(chǎng)上已出現多種可應用于激光焊接的監測技術(shù)。
其中一種較為常見(jiàn)的方法是利用光電二極管傳感器測量激光焊接過(guò)程中產(chǎn)生的釋放物(包括來(lái)自熱金屬的黑體，來(lái)自焊接激光的反射光，以及在某些情況下產(chǎn)生的等離子體)，以此分析來(lái)表征熔池和匙孔的穩定性。
此外還有一些通過(guò)增加多種預處理傳感器(線(xiàn)性?huà)呙鑳x，基于CCD技術(shù)的焊縫跟蹤，使用在送絲焊接的觸覺(jué)傳感器)和后期診斷分析(線(xiàn)性?huà)呙鑳x，表面檢測相機，電磁聲換能器)，確認材料可以正確送入焊接區域，焊接成品結果一致。
但這些技術(shù)通常會(huì )遇到一些常見(jiàn)的局限性。其中一些技術(shù)僅可監控焊接過(guò)程，但無(wú)法進(jìn)行測量，這也就意味著(zhù)僅可將此類(lèi)技術(shù)應用于一致性檢查。也就是說(shuō)，監控系統可以告知用戶(hù)某一焊接與用戶(hù)提供的標準樣品不一致，但無(wú)法提示差異的具體情況及原因等有效信息。
此外，大多數傳感技術(shù)僅能對焊接過(guò)程中某單一指標進(jìn)行監控。而通常在整個(gè)焊接過(guò)程中需要采樣多項參數分析確保監測準確性。在這種需求背景下，焊接工站內需要增加多種裝置進(jìn)行眾多不同數據的監測，進(jìn)而產(chǎn)生更多的成本，并且多個(gè)系統并行運行，復雜性更高。
更為重要的是，上述所有技術(shù)均無(wú)法提供材料表面下方熔池和匙孔形狀的具體信息。在大多數情況下，材料內部的幾何形態(tài)最終決定了焊縫的使用性能，以及焊接材料的強度(對某些具體應用而言)和導電性。
尋找問(wèn)題的根源
作為傳感器領(lǐng)域一項新興技術(shù)，內聯(lián)焊接監測解決了長(cháng)久以來(lái)在激光焊接實(shí)時(shí)數據采集方面一直存在的多項挑戰。這一新興技術(shù)采用低功率紅外光束，通過(guò)與焊接激光同軸的光路進(jìn)行精準的距離測量。該技術(shù)可允許在焊接的過(guò)程中完成測量，測量光束可查看匙孔底部，直接測量熔深，這也是新一代焊接測量技術(shù)的一個(gè)重要特征。測量結果可在幾毫秒內提供與金相測試結果幾乎相同的整個(gè)焊縫的大量信息，且無(wú)需損壞樣品本身。
多功能性是這一技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵性?xún)?yōu)勢。測量光束既可先于激光光束測量，獲取焊前信息。又可在焊接完成后測量，確認成品焊縫的表面質(zhì)量。甚至可以通過(guò)掃描，生成樣品的3D圖像，具有前所未有的簡(jiǎn)便性和精確性(圖1)。
圖1. 使用LDD-700內聯(lián)焊接監測系統通過(guò)焊接頭獲取的不銹鋼零件3D圖像;3D視頻技術(shù)可實(shí)現焊接激光束與零件的精確對焦。
該項技術(shù)還可以快速切換到不同的測量位置，進(jìn)而實(shí)現“準同步”收集不同的數據類(lèi)型?？傊?，在使用由單個(gè)軟件包控制的單個(gè)測量系統時(shí)，可實(shí)現在五種不同的測量模式下，同時(shí)測量焊接過(guò)程中的20多項不同指標。
IPG Photonics于2017年底收購了加拿大初創(chuàng )公司Laser Depth Dynamics(行業(yè)內最早使用干涉激光焊接測量解決方案的企業(yè))，從而進(jìn)軍內聯(lián)焊接監測技術(shù)市場(chǎng)。自此，IPG LDD-700內聯(lián)焊接監測系統即成為國際應用實(shí)驗室中不可或缺的工具，同時(shí)結合包括掃描光學(xué)系統在內的各種其他激光焊接技術(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)中得到越來(lái)越廣泛的應用。
對激光焊接測量的靈活方式，使得這項技術(shù)的優(yōu)勢因各種不同的應用有所區別。在汽車(chē)動(dòng)力總成的焊接過(guò)程中，由于焊接通常涉及昂貴的加工步驟，對原材料數量的影響很大，因此使用這一測量方法可以降低廢料成本。提高對出廠(chǎng)產(chǎn)品質(zhì)量方面的信心，對于生產(chǎn)汽車(chē)關(guān)鍵安全組件來(lái)說(shuō)非常重要。在上述電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，降低廢品率，限制對復雜生產(chǎn)工藝中，繁重且具有破壞性的質(zhì)量控制流程的依賴(lài)，可以快速提高生產(chǎn)能力。
快速跟蹤的工藝開(kāi)發(fā)
匙孔的直接測量不僅是實(shí)時(shí)質(zhì)量控制的有利工具。通過(guò)密切關(guān)注了解匙孔的狀態(tài)，更方便焊接工藝工程師工藝快速迭代開(kāi)發(fā)，免去試驗進(jìn)程中必須冶金的步驟。無(wú)須離開(kāi)焊機就能正確配置測試穩定工藝所需的焊接參數，即使是經(jīng)驗豐富的焊接工程師也可以在更短的時(shí)間內制定更高質(zhì)量的工藝解決方案。
以復雜的焊接工藝為例，使用遠程掃描振鏡、光束擺動(dòng)和單模激光源焊接異種有色金屬合金。
在工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，使用內聯(lián)焊縫監測系統獲取焊縫熔深、匙孔穩定性和焊縫表面質(zhì)量，可以節省大量時(shí)間，避免花費大量時(shí)間探索分辨剖面檢測時(shí)可能產(chǎn)生不利結果的非工藝影響區域。當需要在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)施該工藝時(shí)，可使用相同的測量系統跟蹤產(chǎn)品質(zhì)量，顯示具體細節。
展望未來(lái)
各行各業(yè)對對智能制造解決方案越來(lái)越大的需求，也在不斷推進(jìn)激光焊接傳感技術(shù)向前發(fā)展。內聯(lián)焊接監測滿(mǎn)足了先進(jìn)制造商目前和未來(lái)的多種需求，其最終目標是實(shí)現工業(yè)4.0。
焊接過(guò)程中熔深測量可以提供與進(jìn)行產(chǎn)品破壞性測試結果100%一致的測試結論，大大提高了對產(chǎn)品質(zhì)量的信心，便于操作人員靈活有效的做出決策。簡(jiǎn)單靈活的測量方案可以為具體應用定制標準工具，同步測量焊接過(guò)程的多項參數，收集相關(guān)信息以確保產(chǎn)品質(zhì)量。焊接動(dòng)態(tài)過(guò)程的詳細數據圖像促進(jìn)了激光焊接解決方案更加符合苛刻規格要求的發(fā)展。并將進(jìn)一步推動(dòng)激光焊接工藝，滿(mǎn)足未來(lái)的應用需求。
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